瞬态电压抑制器(新型瞬态电压抑制器用于高密度PCB中CAN)

意法半导体于推出了首款用于 CAN 总线的汽车级瞬态电压抑制器ESDCAN03-2BM3Y,该器件采用小型DFN1110 封装,线路电容仅为 3.3 pF,1 A 条件下钳位电压为 33 V。在设计汽车控制单元时,工程师可通过该器件应对期间出现的各种困难。随着传感器和处理单元的增加,设计人员必须在较小的表面上封装大量组件。而且,其中一些组件对驾驶员和乘客的安全至关重要。例如,防撞系统、安全气囊或防抱死系统均使用控制器局域网总线(或CAN 总线)。将许多 CAN 控制器集成到一块笔记本大小的 PCB 上时,会出现一些问题。除了空间限制外,工程师在交付设计之前,封装系统还需克服众多电气问题。

设计团队通常要忙于应对诸多制造商和解决方案。ESDCAN03-2BM3Y的独特之处不仅在于其电气性能,还在于它代表了意法半导体整体汽车策略的另一部分。工程师寻找微控制器时,可以求助SPC5 MCU。是否需要更精确的GNSS接收器?TeseoV是目前唯一的双频及三频型号产品。从尾灯系统到电源管理,当团队与同一个合作伙伴一起处理项目时,他们将获得更好的支持和更具成本效益的解决方案。新型TVS器件再次体现了我们在汽车领域提供补充解决方案的愿望。借助ESDCAN03-2BM3Y,我们提供了一种新方法,帮助CAN总线应对密度和可靠性方面的挑战。

处理高密度 PCB 时最显而易见的挑战就是空间限制。然而,在更小的封装中设计 TVS 本身就是一个需要解决的复杂问题。前几代的器件中,意法半导体有时会在一个封装中集成多个芯片。转移到更小的封装内必然会限制一次可以使用的芯片数量,从而对性能产生负面影响。因此,我们的工程师需要找到一种解决方案来提高性能,仅用一个芯片并缩减封装。

来自意法半导体的“垂直技术”使 ESDCAN03-2BM3Y 创新成为可能。该技术最初用于智能手机组件,采用垂直PN 结。信号从器件顶部进入,从基板底部离开,也可从基板底部进入,再从顶部离开。如今,意法半导体的团队使这项技术适应了 24 V 器件,因而能在ESDCAN03-2BM3Y 中加以运用。除了减小封装外,使用垂直结构还能显著缩短电气路径。当我们从水平技术中的毫米转到微米时,我们的解决方案具有更低的电阻路径,对整体性能也能产生积极影响。

从事高密度 PCB 工作的工程师必须克服的另一个问题是寄生干扰。事实上,面对电路板上繁多的轨道,设计人员必然要处理电感问题。因此,保护CAN 总线的器件必须具有固有低电容,以避免问题复杂化。该项挑战具有关键意义,以至于汽车制造商纷纷提出了硬性限制,其中大多数要求保护 CAN 总线的器件线路电容小于6 pF。然而,要获得低电容并非易事,因为这种折中行为会对组件的其他电气特性产生负面影响。

因此,ESDCAN03-2BM3Y 成为行业独一无二的选择,因其线路电容仅为3.3 pF,远低于制造商的要求,从而在处理其他组件时为工程师提供了更多的空间。意法半导体凭借其全新的封装技术和设备架构达成了上述成就。我们的研发工程师采用了智能手机中使用的最新芯片技术结构,以最大限度地减少有源区域的寄生电容。通过这样的方式,我们显著降低了整体线路电容。简而言之,我们的工程师优化了架构,使器件规格超越了现今任何一款其他竞争产品。

最后,封装 PCB 中可能出现的第三个困难来自瞬态耦合。在很小的表面上存在大量组件,意味着瞬态电压抑制器必须尽可能靠近CAN 连接器,以免静电放电传播损坏附近的器件。正因如此,工程师才需要密切关注 TVS 的钳位能力,以了解浪涌时的电压大小。许多工程师面临的问题是较低的线路电容往往会增加钳位电压。而且,正如我们之前看到的,汽车制造商需要较低的线路电容。

与竞争器件相比,ESDCAN03-2BM3Y 通过提供最低的线路容量和最低的最大钳位电压解决了这个难题。由于该器件的低动态电阻,意法半导体工程师在3 A 时实现了 32 V 的钳位电压。改进封装可以优化芯片尺寸,从而提供更好的钳位性能。相比之下,大多数竞争器件在 1 A 时的钳位电压均超过 40 V。更重要的是,因为这些数值意味着更稳健的执行能力,所以各大公司都会对其予以密切关注。

在工程师评估器件的规格后,通常会进入鉴定阶段,期间可能会面临困难。因为,即使团队找到了有史以来最好的 TVS,与大规模制作不兼容的型号同样不具备可用性。此外,制造商通常会建立任务概述以设定最低可靠性要求。例如,要求TVS 在特定温度下运行最少小时数。一旦瞬态电压抑制器的用户公司没有运行与任务概述匹配的测试,问题就会出现。在这种情况下,TVS 制造商将不得不进行新的试验,不仅耗时,还可能延迟特定项目。

ESDCAN03-2BM3Y 注意到这些问题,并以可润湿侧翼封装的形式和经认证的 175 ºC 结温提供解决方案。前者是 DFN1110封装的固有特性。对于传统的底部焊盘,评估焊点的唯一方法是使用X射线图像。但该过程昂贵且繁琐,还会导致制造成本增加。可润湿侧翼通过将焊点移至侧面解决了这个问题,从而实现了自动化的目视检查。因此,工程师们有望显著降低持有成本和制造成本。

经意法半导体认证,ESDCAN03-2BM3Y 以 175 ºC 的结温,在可靠性检测中脱颖而出的。这一成绩看似脱离实际,因为任何车内器件都不会达到这个水平。然而,我们之所以持续提供这样的评级,是为了确保我们满足当前执行的每一个任务概述。工程师自然不必要求意法半导体执行更多可靠性检测。我们已经在超过行业要求的温度下运行了基准测试。所以,各公司将很快知道该组件能否满足他们的要求。

随着车辆以泄露电流的形式电气化,设计团队面临着全新的挑战。尽管制造商始终严格要求,但现在的情况要比以往更加严格。工程师们必须确保:即使在停放数周之后,一辆从未充过电的电动汽车依然能够启动。由于漏电流会在汽车处于睡眠模式时耗尽电池电量,所以为了达到这一目的,必须将漏电流保持在最低水平,否则用户就无法确信车辆能够可靠地工作。为此,许多汽车制造商要求其TVS 的最大漏电流仅为 100 nA。EDSCAN03-2BM3Y 的漏电流为 50 nA,远超此预期。由此,工程师便能获得更多空间,以简化设计操作。

THE END
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